Введение

Исследования в области нейронауки и лингвистики – это академическая дисциплина нейролингвистика.

Нейролингвистика – это изучение нейронных механизмов в человеческом мозге, которые обеспечивают понимание, порождение и усвоение языка. Как междисциплинарная область, нейролингвистика использует методы и теории из таких областей, как нейронаука, лингвистика, когнитивная наука, нарушения речи и коммуникации, а также нейропсихология. Исследователи приходят в эту область из разных сфер, привнося с собой разнообразные экспериментальные техники и различные теоретические подходы. Значительная часть работы в нейролингвистике опирается на модели психолингвистики и теоретической лингвистики и направлена на изучение того, как мозг может реализовывать процессы, которые, согласно теоретическим и психолингвистическим представлениям, необходимы для порождения и понимания языка. Нейролингвисты изучают физиологические механизмы обработки мозгом информации, связанной с языком, и проверяют лингвистические и психолингвистические теории, используя афазиологию, нейровизуализацию, электрофизиологию и компьютерное моделирование.

История

Нейролингвистика исторически укоренена в развитии афазиологии в XIX веке – изучения лингвистических дефицитов (афазий), возникающих вследствие повреждения мозга. Одним из первых, кто установил связь между определенной областью мозга и обработкой языка, был Поль Брока, французский хирург, проводивший вскрытия у многочисленных людей с нарушениями речи и обнаруживший, что у большинства из них были повреждения мозга (или поражения) в левой лобной доле, в области, ныне известной как область Броки. Френологи в начале XIX века утверждали, что различные области мозга выполняют разные функции и что язык в основном контролируется фронтальными областями мозга, однако исследования Броки, возможно, впервые предоставили эмпирические доказательства этой связи и имели "ключевое" значение для нейролингвистики и когнитивной науки. Позже Карл Вернике, в честь которого названа область Вернике, предположил, что различные области мозга специализируются на разных языковых задачах: область Броки отвечает за моторную реализацию речи, а область Вернике – за слуховое восприятие речи. Ранние работы в области афазиологии также обогатились исследованиями Корбиниана Бродмана начала XX века, который "картировал" поверхность мозга, разделяя её на пронумерованные области на основе цитоархитектуры (клеточной структуры) и функций каждой области; эти области, известные как области Бродмана, до сих пор широко используются в нейронауке. Появление термина "нейролингвистика" в конце 1940-х – 1950-х годов связывают с именами Эдит Кроуэлл Трагер, Анри Экена и Александра Лурии. Книга Лурии 1976 года "Основные проблемы нейролингвистики", вероятно, является первой книгой с названием, содержащим слово "нейролингвистика". Гарри Уитакер популяризировал нейролингвистику в США в 1970-х годах, основав в 1974 году журнал "Brain and Language". Хотя афазиология является исторической основой нейролингвистики, в последние годы эта область значительно расширилась, отчасти благодаря появлению новых технологий нейровизуализации (таких как ПЭТ и фМРТ) и электрофизиологических методов (ЭЭГ и МЭГ), позволяющих выявлять паттерны активации мозга при выполнении различных языковых задач. N400 был первым потенциалом, связанным с языковыми событиями, который был идентифицирован, и с момента его открытия ЭЭГ и МЭГ стали все шире использоваться для проведения исследований в области языка.

Рассмотренные темы

Исследования в области нейролингвистики изучают ряд вопросов, включая то, где происходит обработка языковой информации, как эта обработка разворачивается во времени, как структуры мозга связаны с усвоением и изучением языка, и как нейрофизиология может помочь в диагностике и лечении нарушений речи и языка.

Локализация языковых процессов

Большая часть исследований в нейролингвистике, подобно ранним работам Брока и Вернике, посвящена выявлению локализации специфических языковых "модулей" в мозге. Исследовательские вопросы включают в себя: по какому пути языковая информация проходит через мозг в процессе обработки, специализируются ли определенные области на обработке конкретных типов информации, каким образом различные области мозга взаимодействуют друг с другом при обработке языка, и как меняется локализация мозговой активности при производстве или восприятии языка, не являющегося родным для испытуемого.

Временный ход языковых процессов

Другая область литературы по нейролингвистике посвящена использованию электрофизиологических методов для анализа быстрого временного анализа языковой обработки. Исследования в области усвоения родного языка уже показали, что младенцы из всех языковых сред проходят схожие и предсказуемые этапы (такие как лепет), и некоторые нейролингвистические исследования пытаются выявить корреляции между этапами развития языка и этапами развития мозга. Другие исследования изучают физические изменения (известные как нейропластичность), которые мозг претерпевает в процессе усвоения второго языка, когда взрослые изучают новый язык. Нейропластичность наблюдается как при усвоении второго языка, так и при изучении языка. Результаты воздействия языка показывают, что у детей, молодых людей и пожилых людей можно обнаружить увеличение количества серого и белого вещества.

Языковая патология

Нейролингвистические методы также применяются для изучения расстройств и нарушений речи, таких как афазия и дислексия, а также для выявления связи между этими расстройствами и физиологическими особенностями мозга. Методы нейровизуализации можно классифицировать на гемодинамические, электрофизиологические и методы прямой стимуляции коры головного мозга.

Гемодинамика

Гемодинамические методы основаны на том, что при выполнении мозгом определенной задачи к этой области направляется кровь для обеспечения ее кислородом (это явление известно как BOLD-отклик, или реакция, зависящая от уровня оксигенации крови). К таким методам относятся ПЭТ и фМРТ. Эти методы обеспечивают высокое пространственное разрешение, позволяя исследователям точно локализовать активность в мозге. Помимо определения областей мозга, участвующих в конкретных языковых задачах или вычислениях, гемодинамические методы также использовались для изучения изменений структуры языковой архитектуры мозга и распределения активации, связанной с языком, во времени под влиянием языкового опыта, что позволяет понять, как взаимодействуют различные области мозга. Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS) – еще один гемодинамический метод, применяемый при изучении языковых задач.

Электрофизиологические

Электрофизиологические методы основаны на том, что когда группа нейронов в мозге возбуждается одновременно, они создают электрический диполь или ток. ЭЭГ измеряет этот электрический ток с помощью датчиков на коже головы, а МЭГ – магнитные поля, генерируемые этими токами. Однако локализовать мозговую активность с помощью ЭЭГ бывает сложно, поэтому этот метод в основном используется для изучения того, как осуществляются языковые процессы, а не где именно они происходят. Исследования с использованием ЭЭГ и МЭГ обычно фокусируются на вызванных потенциалах (ВП), или event-related potentials (ERPs). Важными и часто встречающимися компонентами ВП являются N400 (отрицательный пик, возникающий с задержкой примерно в 400 миллисекунд) и потенциал латеральной готовности.

Экспериментальные методы

Нейролингвисты используют разнообразные экспериментальные методы для изучения того, как язык представлен и обрабатывается в мозге с помощью нейровизуализации. К этим методам относятся парадигма вычитания, дизайн на основе несоответствия, исследования, основанные на выявлении нарушений, различные виды прайминга и прямая стимуляция мозга.

Вычитание

Многие исследования языка, особенно с использованием фМРТ, применяют парадигму вычитания, в которой активность мозга при выполнении задания, предполагающего участие определенных аспектов обработки языка, сравнивается с активностью при выполнении контрольного задания, которое, как считается, задействует схожие неязыковые процессы, но не включает в себя лингвистическую обработку. Например, активность мозга при чтении слов может сравниваться с контрольной активностью при чтении последовательностей случайных букв (с целью изолировать активность, связанную с лексической обработкой – обработкой реальных слов), или активность при чтении синтаксически сложных предложений может сравниваться с контрольной активностью при чтении более простых предложений.

Парадигма несоответствия

Негативность несоответствия (MMN) – это тщательно задокументированный компонент ERP, который часто используется в нейролингвистических экспериментах. Это электрофизиологический отклик мозга, возникающий при прослушивании субъектом "отклоняющегося" стимула в ряду перцептивно идентичных "стандартных" стимулов (например, в последовательности s s s s s s s d d s s s s s s d s s s s s d). Поскольку ММН вызывается только редким "выделяющимся" стимулом среди других стимулов, воспринимаемых как одинаковые, он использовался для изучения того, как говорящие воспринимают звуки и категоризируют стимулы. Например, в основополагающем исследовании Колина Филлипса и его коллег негативность несоответствия была использована в качестве доказательства того, что испытуемые, при предъявлении серии речевых звуков с различными акустическими параметрами, воспринимали все звуки как /t/ или /d/, несмотря на акустическую вариативность, что указывает на наличие в человеческом мозге представлений об абстрактных фонемах – иными словами, испытуемые "слышали" не конкретные акустические характеристики, а только абстрактные фонемы.

На основании нарушения

Многие исследования в нейролингвистике используют аномалии или нарушения синтаксических или семантических правил в экспериментальных стимулах, анализируя при этом реакции мозга, возникающие у испытуемого при столкновении с этими нарушениями. Например, предложения, начинающиеся с фраз вроде *the garden was on the worked, которые нарушают правило структуры английских фраз, часто вызывают мозговую реакцию, называемую ранней левой передней негативностью (ELAN). Методы, основанные на выявлении нарушений, применяются как минимум с 1980 года. Используя схожие подходы, в 1992 году Ли Остерхаут впервые описал реакцию P600 на синтаксические аномалии. Методы выявления нарушений также использовались в гемодинамических исследованиях (fMRI и PET): например, Эмбик и его коллеги использовали грамматические и орфографические ошибки для изучения локализации синтаксической обработки в мозге с помощью fMRI.

Прим

В психолингвистике и нейролингвистике приминг — это явление, при котором испытуемый способен быстрее распознавать слово, если ему недавно предъявлялось слово, близкое по значению, а также то, как обрабатываются структурно сложные предложения.

Стимуляция

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) – это новый неинвазивный метод изучения активности мозга, использующий мощные магнитные поля, которые воздействуют на мозг извне. Это способ возбуждения или подавления мозговой активности в конкретном и контролируемом месте, что позволяет имитировать симптомы афазии, предоставляя исследователю больший контроль над тем, какие именно области мозга будут изучаться. Логика, лежащая в основе ТМС и прямой стимуляции коры, схожа с логикой афазиологии: если определенная языковая функция нарушается при временном отключении конкретной области мозга, то эта область, вероятно, играет роль в реализации этой функции. На сегодняшний день лишь немногие нейролингвистические исследования использовали ТМС.

Тематические задания

Во многих экспериментах по нейролингвистике испытуемые не просто сидят и слушают или наблюдают за стимулами, но также получают инструкции выполнить определенное задание в ответ на эти стимулы. Испытуемые выполняют эти задания во время регистрации (электрофизиологической или гемодинамической), как правило, чтобы убедиться, что они сосредоточены на стимулах. По крайней мере, одно исследование предполагает, что задание, которое выполняет испытуемый, оказывает влияние на мозговые реакции и результаты эксперимента.

Лексическое решение

Задача лексического решения заключается в том, что испытуемым предъявляют изолированное слово (визуально или на слух) и просят определить, является ли это словом существующим в языке. Она часто используется в исследованиях прайминга, поскольку известно, что испытуемые принимают решение о лексическом статусе слова быстрее, если ему предшествовало связанное по смыслу слово (например, слово "врач" облегчает распознавание слова "медсестра").

Оценка грамматичности, оценка приемлемости

Во многих исследованиях, особенно в исследованиях на основе выявления нарушений, испытуемые выносят суждение о "приемлемости" стимулов (обычно грамматической или семантической). Такая задача часто используется для того, чтобы убедиться, что испытуемые внимательно читают предложения и различают приемлемые и неприемлемые конструкции так, как предполагает экспериментатор.

Активное отвлечение и двойная задача

Некоторые эксперименты предлагают испытуемым дополнительное задание, чтобы убедиться, что они не сосредотачивают сознательное внимание на экспериментальных стимулах. Это делается для того, чтобы проверить, выполняется ли определенное вычисление в мозге автоматически, независимо от того, направляет ли испытуемый на него свои когнитивные ресурсы. Например, в одном исследовании испытуемые слушали неязыковые тоны (длинные сигналы и гудки) в одном ухе и речь в другом, и им было поручено нажимать кнопку при обнаружении изменения тона. Предполагалось, что это не позволит испытуемым обращать явное внимание на грамматические ошибки в речевом материале. Тем не менее, у испытуемых все равно регистрировался ответ на несоответствие (MMN), что свидетельствует об автоматической обработке грамматических ошибок, не зависящей от внимания.